مکانیسم عملکرد برج خنک کننده و چیلر به این صورت است که چیلرهای معمولی وظیفه دارند که با مصرف برق در چیلرهای تراکمی و مصرف گاز در چیلرهای جذبی آب چیلد 7 درجه سانتی گراد تولید کنند. این آب به هواساز جهت خنک کردن هوای گرم و به فن کویل واحدهای ساختمان جهت خنک کردن هوای محیط محل کار و زندگی برسانند و دمای آب چیلد 12 درجه سانتی گراد به چیلر منتقل گردد تا دوباره چیلر آن را توسط اواپراتور به آب 7 درجه سانتی گراد برساند. بنابراین می توان گفت که وظیفه چیلر گرفتن دمای محیط داخل توسط آب در اواپراتور و انتقال آن به گاز مبرد در اواپراتور و انتقال گرمای محیط داخل به خارج توسط کندانسور است. حال اگر کندانسور آب خنک باشد گرمای محیط داخل توسط کندانسور از مبرد به آب و از آب به هوای محیط خارج توسط کولینگ تاور انتقال می دهد و اگر کندانسور هوا خنک باشد، توسط کویل گرمای مبرد را مستقیماً به محیط بیرون انتقال می دهد. پس تاثیر برج خنک کننده بر عملکرد سیستم چیلر، جذب گرمای حرارتی از مبرد چیلر در کندانسور و دفع آن به محیط بیرون می باشد.
در این مقاله از کارا فناور اطلس پارسی، ما قصد داریم تا به بررسی نقش برج خنک کننده در انتقال گرما از مبرد در کندانسور به هوای محیط توسط برج خنک کننده بپردازیم.
انواع برج خنک کننده چیلر
برج های خنک کننده چیلر انواع مختلفی دارند که به دو نوع مدار باز و مدار بسته تقسیم می شوند. برج های مدار باز به انواع برج های خنک کننده مکعبی مدار باز، مدور مدار باز و نوع جریان متقاطع (ابارا) مدار باز تقسیم می شوند. برج های خنک کننده مدار بسته هم به انواع کویل مسی، گالوانیزه و استیل ساخته می شوند.
انواع چیلرها
چیلرها به دو نوع تراکمی و جذبی تقسیم می شوند که از این میان چیلرهای جذبی انواع مختلف تک اثره، دو اثره و شعله مستقیم تقسیم می شوند که حتما نیاز به برج خنک کننده دارند. چیلرهای تراکمی که با کمپرسور کار می کند به دو نوع چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک تقسیم می شوند.
دستگاه های چیلر تراکمی با ظرفیت 3 تن تبرید و مقداری کمتر و بیشتر با کمپرسور روتاری کار می کنند که اغلب هواخنک است و نیازی به استفاده از انواع برج خنک کننده ندارد و مینی چیلرها و چیلرهای کم ظرفیت با کمپرسور اسکرال کار می کنند و چیلرهای با ظرفیت بالا از کمپرسورهای اسکرو، رفت و برگشتی و سانتریفیوژ استفاده می شود که هواخنک یا آب خنک می باشند.
چیلرهای آب خنک بیشتر مخصوص مناطق خشک و معتدل است و در مکان های شرجی و دارای رطوبت بالا به دلیل اینکه دمای Approach کمی دارد و تبخیر آب به سختی انجام می شود، بهتر است از چیلرهای هواخنک که با کویل و فن گرما را به محیط بیرون انتقال می دهند، استفاده کرد.
محاسبه و مکانیسم عملکرد برج خنک کننده و چیلر
برای اینکه برج خنک کننده مناسب انتخاب شود نیاز است که COP یا بازده چیلر را ما بدانیم، معمولاً برای چیلرهای تراکمی COP برابر 2/5 تا 4/5 است و بهتر است برای ضریب اطمینانCOP را 2/5 یا 3 در نظر بگیریم. برای چیلرهای جذبی اگر تک اثره است 0/7 و اگر دو اثره و شعله مستقیم است برابر 1/2 در نظر بگیریم و از طریق زیر محاسبات را انجام دهیم.
QH = ظرفیت حرارتی کندانسور چیلر
QC= ظرفیت چیلر یا ظرفیت حرارتی اواپراتور
COP= بازده چیلر
V= دبی آب در گردش بر حسب GPM
Wcompressor/Generator= مقدار کار کمپرسور یا مقدار ظرفیت حرارتی ژنراتور چیلر جذبی
بعد از بدست آوردن دبی آب مورد نیاز کندانسور و برج خنک کننده با دمای 35 به 29/4 و دبی محاسبه شده از روی نمودارها برج مناسب را به دست می آوریم.
به عنوان مثال فرض کنیم چیلر جذبی تک اثره 100 تن تبرید داریم در این صورت چه تناژ برج خنک کننده برای این چیلر در شهر تهران مناسب می باشد:
حال با داشتن دبی آب در گردش 132/5 متر مکعب بر ساعت و دمای ورودی 35 درجه سانتی گراد و دمای خروجی 29/4 درجه سانتی گراد و دمای مرطوب شهر تهران که 24 درجه سانتی گراد می باشد برج خنک کننده را به دست می آوریم که برابر 200 تن تبرید است.
حال فرض می کنیم همین چیلر جذبی 100 تن تبرید برای شهر اصفهان باشد که دمای مرطوب آن 18/5 درجه سانتی گراد می باشد آنگاه با دمای ورود و خروج 35 به 29/4 درجه سانتی گراد و دبی 132/5 متر مکعب بر ساعت برج خنک کننده 140 تن تبرید نیاز می باشد.
حال فرض می کنیم که این چیلر جذبی برای آبادان که دمای مرطوب برابر 29 درجه سانتی گراد است باشد در این صورت با دمای ورود و خروج برابر 37 به 32درجه سانتی گراد و دبی آب 132/5 متر مکعب بر ساعت باشد در این صورت یک برج خنک کننده با 250 تن تبرید نیاز است.
پس مشاهده کردید که برای یک چیلر جذبی 100 تن تبرید تک اثره در شهر تهران برج 200 تن تبرید و در اصفهان برج 140 تن تبرید و در آبادان یک برج خنک کننده 250 تن تبرید نیاز است.
البته به این نکته هم باید اشاره کرد که دمای ورود و خروج آب برج خنک کننده به دلیل اینکه حداقل دمای Approach باید 3 باشد در شهر آبادان تغییر کرد و دمای ورودی آب برج خنک کننده از 35 به 37 درجه سانتی گراد و از 29/4 به 32 درجه سانتی گراد تغییر کرد.
حال این بار یک چیلر تراکمی آب خنک را بررسی می کنیم. فرض کنید یک چیلرتراکمی آب خنک به ظرفیت 100 تن تبرید داریم ولی این بار دمای آب را از 37 به 32 می خواهیم تغییر دهیم و مکان شهر تهران با دمای مرطوب 24 درجه سانتی گراد و دبی آب در گردش 72/7 متر مکعب بر ساعت می باشد. در این صورت حداقل یک برج 80 تن تبرید نیاز می باشد.
حال فرض کنید چیلر تراکمی آب خنک در شهر اصفهان باشد که دمای مرطوب برابر 18/5 درجه سانتی گراد می باشد. دمای ورودی و خروجی آب 37 به 32 درجه سانتی گراد باشد و دبی آب 72/7 متر مکعب در ساعت باشد در این صورت برج خنک کننده ما برابر 60 تن تبرید می باشد. حال این بار فرض کنیم که برج خنک کننده ما در شهر آبادان باشد و دمای مرطوب این شهر در گرمترین حالت 29 درجه سانتی گراد باشد. می خواهیم دمای ورودی را از 37 درجه به 32 درجه سانتی گراد با دبی 72/7 متر مکعب بر ساعت باشد در این صورت برج خنک کننده مورد نیاز برابر 130 تن تبرید می شود.
همانطور که مشاهد کردید یک چیلر تراکمی 100 تن تبرید در شهرهای مختلف ایران نیاز به برج خنک کننده با ظرفیت های مختلف می باشد البته ظرفیت حرارتی کندانسور یکسان است اما به دلیل دمای مرطوب مختلف شهرهای ایران نیاز به برج خنک کننده با ظرفیت های مختلف داریم.
وظیفه برج خنک کننده چیلر در همه ی این شرایط دفع گرمای گرفته شده از مبرد چیلر در کندانسور و انتقال آن به محیط بیرون می باشد که البته تناژ برج خنک کننده بستگی به دمای مرطوب محیط می باشد.
چیلرهای زیر صفر
چیلرهای زیر صفر بازده تقریبا بین 2/5 تا 2 دارند بر همین اساس ما فرض می کنیم که یک چیلر آب خنک زیر صفر داریم که دمای آب ورودی به برج خنک کننده 35 و دمای خروجی آب از برج خنک کننده 29/4 درجه سانتی گراد می باشد و مقایسه بین چیلر تراکمی 100 تن موجود در دو شهر تهران با دمای مرطوب 24 درجه سانتی گراد و اصفهان با دمای مرطوب 18/5 درجه سانتی گراد می باشد.
ابتدا طبق محاسبه زیر دبی آب برج را محاسبه کرده که برابر 81/8 متر مکعب بر ساعت می باشد.
در این صورت برای شهر تهران یک چیلر 100 تن تراکمی واقعی زیر صفر یک برج خنک کننده 125 تن تبرید نیاز است و برای شهر اصفهان یک برج خنک کننده 90 تن تبرید مورد نیاز می باشد.
به طور معمول برای چیلرهای تراکمی مقدار تناژ برج خنک کننده برابر همان مقدار ظرفیت چیلر است که البته به دمای مرطوب هر شهر بستگی دارد و سنجش دقیقی از ظرفیت برج را نشان نمی دهد. ظرفیت برج خنک کننده برای چیلرهای تک اثره جذبی 2/5 برابر ظرفیت واقعی چیلر بوده و برای چیلرهای دو اثره جذبی 2 برابر ظرفیت واقعی چیلر است که البته باز هم اعلام می شود که روش درستی برای سنجش دقیق ظرفیت برج خنک کننده نیست؛ اما جهت محاسبات سریع و به دست آوردن حدود ظرفیت برج خنک کننده متناسب با چیلر است.
اگر برج خنک کننده کوچکتر از ظرفیت متناسب با چیلر و محل پروژه باشد. آنگاه چیلر به درستی کار نمی کند و دمایی که ما از اواپراتور چیلر داریم مقداری بالاتر می رود و البته ممکن است در بعضی مواقع اواپراتور و کندانسور چیلر به خوبی طراحی نشده باشند.
اگر برج خنک کننده بزرگتر از ظرفیت متناسب با چیلر و محل پروژه باشد، در این صورت یکی از معایب آن این است که دبی آب متناسب با کندانسور چیلر، مناسب نازل های برج نیست و نیاز به تعویض نازل برج خنک کننده و پاشش صحیح آب بر روی پکینگ ها است.
پس همانطور که گفته شد برای هر چیلر در یک شهر کولینگ تاور یا برج های خنک کننده متناسب با خود را می خواهد و بدین صورت نیست که یک چیلر و برج خنک کننده در یک شهر خوب کار نموده و همان برج و چیلر را در شهر دیگر نصب کنیم و دوباره خوب کار کند.
سخن پایانی
در پایان مطلب تاثیر برج خنک کننده بر عملکرد سیستم چیلر باید گفت که برج خنک کننده در چیلر وظیفه دارد که آب گرم وارد شده به دستگاه را دریافت نموده و سپس آن را از طریق تعامل با آب خنک و جریان هوا بوسیله پکینگ برج، خنک کند. به این طریق دمای آب کاهش یافته و از طریق لوله کشی های انجام شده، دوباره به چیلر برمیگردد.
شرکت کارا فناور اطلس پارسی (بادران تهویه صنعت)
تلفن تماس: ۰۲۱۲۶۷۰۹۹۱۸ / ۰۲۱۲۶۷۰۹۳۶۸ / ۰۲۱۲۲۶۴۵۸۹۰ / ۰۲۱۲۶۶۰۲۷۷۶
تماس فوری / واتس اپ: ۰۹۲۱۳۶۰۲۶۹۰
وب سایت رسمی: Badrantahvieh.net
ایمیل: badran.tahvieh@gmail.com
گروه تلگرام: Cooling tower
سوالات تکمیلی
1. وظیفه برج خنک کننده در چیلر چیست؟
در چیلرهای تراکمی برج خنک کننده وظیفه دارد گرمای گرفته شده در محیط داخلی مثل خانه و محل کار را که آب چیلد اواپراتور آن را به مبرد گازی چیلر می دهد و این مبرد گازی توسط کمپرسور چیلر تراکمی به کندانسور انتقال می دهد تا توسط آب برج خنک کننده گرما را از مبرد گازی گرفته و به محیط بیرون انتقال دهد.
در چیلرهای جذبی برج خنک کننده وظیفه دارد که بخارهای آب که توسط ژنراتور چیلر جذبی به بخار تبدیل شده اند را توسط لوله های خود در کندانسور آب برج خنک کننده کندانس و به قسمت اواپراتور چیلر جذبی منتقل کنند که درآنجا و در فشار پایین اواپراتور بر روی لوله ها تبخیر شوند و گرمای آب چیلد درون لوله ها را جذب کنند.
2. چرا در محاسبه ظرفیت برج خنک کننده بازده چیلر مهم است و باید چه عددی در نظر گرفته شود؟
برای اینکه برج خنک کننده مناسب انتخاب شود نیاز است که COP یا بازده چیلر را ما بدانیم معمولا برای چیلرهای تراکمی COP برابر 2/5 تا 4/5 است و بهتر است برای ضریب اطمینان COP را 2/5 یا 3 در نظر بگیریم. برای چیلرهای جذبی اگر تک اثره است 0/7 و اگر دو اثره و شعله مستقیم است برابر 1/2 در نظر بگیریم و از طریق زیر محاسبات را انجام دهیم.
3. دمای آب برج خنک کننده در چیلرها را معمولاً چند درجه می گیرند؟
دو نوع دارد که در نوع اول دمای ورودی به برج خنک کننده را 35 درجه سانتی گراد و دمای خروجی را 29/4 درجه سانتی گراد می گیرند و در نوع دوم دمای ورودی به برج خنک کننده را 37 و دمای خروجی از آن را 32 درجه سانتی گراد می گیرند.
